Livello di Trasporto

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Livello di Trasporto"

Arrigo Bertolini
7 anni fa
Visualizzazioni

1 Livello di Trasporto Introduzione Problemi e requisiti Livello di trasporto in Internet UDP -UserDatagramProtocol TCP - Transmission Control Protocol Meccanismo di ritrasmissione Controllo del flusso Three-way handshake Controllo di congestione Introduzione Obiettivo del livello di trasporto Offrire un canale di comunicazione tra una coppia di processi (comunicazione point-to-point) Programmi applicativi Comunicazione tra processi Connettivita tra calcolatori Hardware

congestione Introduzione Obiettivo del livello di trasporto Offrire un canale di comunicazione tra una coppia di

2 Problemi e requisiti Problemi posti dal livello inferiore (rete) perdita di messaggi riordino di messaggi inoltro di copie multiple dello stesso messaggio limitazione sulla dimensione dei messaggi inoltro di messaggi con un ritardo arbitrariamente lungo Requisiti richiesti dal livello superiore (applicazioni) garantire l inoltro del messaggio rispettare l ordine di invio dei messaggi inoltrare solo una copia di ogni messaggio supportare messaggi di lunghezza arbitraria consentire la sincronizzazione tra chi invia e chi riceve consentire a chi riceve di controllare il flusso dei messaggi del mittente supportare la presenza di processi multipli sullo stesso host Livello di trasporto in Internet Il protocollo di rete IP fornisce un servizio senza connessione (a datagramma) non affidabile tra gli host Protocolli di trasporto User Datagram Protocol (UDP) servizio senza connessione (datagramma), non affidabile (scoperta errori opzionale e nessun recupero), multiplazione/demultiplazione: indirizzamento dei processi Transmission Control Protocol (TCP) servizio orientato alla connessione (flusso di bytes) decomposizione delle sequenze di byte in messaggi affidabile (scoperta e recupero degli errori) controllo del flusso multiplazione/demultiplazione: indirizzamento dei processi

solo una copia di ogni messaggio supportare messaggi di lunghezza arbitraria consentire la sincronizzazione tra chi invia e chi riceve consentire a chi riceve di controllare il flusso dei messaggi

3 Indirizzamento dei processi Ogni processo comunicante è associato a un numero di porta a 16-bit, locale e unico rispetto all host Necessita di individuare un processo con un indirizzo di rete globalmente unico (IP address e port number) Tutti messaggi contengono due coppie di indirizzi: Mittente: (IP address, port number) Destinatario: (IP address, port number) Il sistema operativo dell host destinatario consegna al processo un messaggio in arrivo sulla base del port number Numeri di porta 1-255: riservati a servizi standard 21: ftp 23: telnet 25: SMTP 80:http daemon : disponibili solo a utenti privilegiati : per processi automaticamente assegnati : solo per processi utente UDP - User Datagram Protocol Fornisce un servizio punto a punto senza connessione Spedizione di datagram (includono l indirizzo del mittente e del destinatario) con lunghezza max definita dal datagram IP ( <= 64 KB) SrcPort DstPort checksum lunghezza dati 16 bit 16 bit 16 bit 16 bit Indirizzi dei processi basati sul numero di porta (16 bit) Controllo degli errori opzionale basato su checksum (se non usato e settato a zero) Non fornisce conferma di ricezione dei messaggi Nessun controllo del flusso sul mittente Usato da SNMP (Simple Network Management Protocol), e da applicazioni basate su semplici servizi richiesta-risposta (RPC)

host destinatario consegna al processo un messaggio in arrivo sulla base del port number Numeri di porta 1-255: riservati a servizi standard 21: ftp 23: telnet 25: SMTP 80:http daemon 1-1023:

4 TCP - Transmission Control Protocol Caratteristiche fondamentali Orientato alla connessione un mittente richiede una connessione al destinatario e poi usa la connessione per il trasferimento dei dati Comunicazione punto a punto due punti finali che non si interessano di cosa sta nel mezzo Trasferimento affidabile garanzia che i dati arrivano senza errori, nel giusto ordine e senza duplicazioni Comunicazione full duplex scambio di dati in entrambi le direzioni simultaneamente TCP - Transmission Control Protocol Interfaccia a stream sequenza continua di bytes (octets): nessuna garanzia che i dati arrivano negli stessi blocchi con cui sono stati spediti Segmentazione del flusso di byte il flusso di bytes e suddiviso in segmenti di lunghezza accettabile per il livello sottostante (IP accetta massimo 64 KB) e poi riassembla i segmenti nella sequenza corretta Application process Application process Write bytes Read bytes TCP Send buffer TCP Receive buffer Segment Segment Segment Transmit segments

Comunicazione full duplex scambio di dati in entrambi le direzioni simultaneamente TCP - Transmission Control Protocol Interfaccia a stream sequenza continua di bytes (octets): nessuna garanzia che i

5 TCP - Transmission Control Protocol Creazione affidabile della connessione i dati di una vecchia connessione non si confondono con le nuove connessioni Distruzione dolce della connessione i dati spediti prima di chiudere una connessione non sono perduti Controllo di flusso garanzia che il mittente non eccede la capacita di ricezione del destinatario Controllo di congestione previene che un eccesso di dati venga immesso nella rete Ritrasmissione di pacchetti acknowlegment dal receiver per verifica di pacchetti persi quanto bisogna aspettare?

flusso garanzia che il mittente non eccede la capacita di ricezione del destinatario Controllo di congestione previene che un eccesso di

6 Ritrasmissione adattativa Gestione dinamica dei timer di ritrasmissione Strategia: Aspettare quanto basta per considerare un pacchetto perso ma non piu del necessario Soluzione: algoritmi basati sul round trip time Controllo del flusso mediante finestra scorrevole Window advertisement: Il receiver specifica insieme all ack il numero di byte liberi nel buffer Il sender usa la dimensione della finestra per determinare l ammontare dei dati che possono essere spediti senza attendere l ack

finestra scorrevole Window advertisement: Il receiver specifica insieme all ack il numero di byte liberi nel buffer Il

7 Gestione delle finestre in TCP L algoritmo di finestra scorrevole e usato da TCP per garantire l inoltro affidabile e ordinato dei dati realizzare il controllo di flusso Caratteristiche ogni byte del flusso complessivo ha un numero di sequenza i riscontri (ack) sono cumulativi La dimensione della finestra determina l ammontare di dati che possono essere trasmessi senza attendere il riscontro (ack) trasmessi e riscontrati trasmessi e non riscontrati trasmissibili non trasmissibili Formato del segmento TCP Il segmento contiene una porzione del flusso di bytes complessivo Dati(SequenceNum) mittente destinatario AcknowlegmentNum + Window Sequence number: numero di sequenza del primo byte nel segmento TCP Acknowlegment number: prossimo byte aspettato (= LastByteAcked+1) Window:: numero di byte liberi nel buffer del destinatario Code bits. SYN, FIN, RESET, PUSH, URG, ACK

(ack) 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 trasmessi e riscontrati trasmessi e non riscontrati trasmissibili non trasmissibili Formato del segmento TCP Il segmento contiene

8 Algoritmo di finestra scorrevole rivisitato: inoltro affidabile e ordinato Applicazione mittente Applicazione destinatario TCP LastByteWritten LastByteRead TCP LastByteAcked LastByteSent NextByteExpected LastByteRcvd Mittente LastByteAcked <= LastByteSent LastByteSent <= LastByteWritten I bytes tra LastByteAcked e LastByteWritten sono nel buffer Destinatario LastByteRead < NextByteExpected NextByteExpected <= LastByteRcvd +1 (= se i dati sono arrivati in ordine altrimenti punta all inizio del primo intervallo vuoto) I bytes tra LastByteRead e LastByteRcvd sono nel buffer Algoritmo di finestra scorrevole rivisitato: controllo di flusso Mittente Dimensione buffer: MaxSendBuffer LastByteSent - LastByteAcked <= AdvertisedWindow EffectiveWindow = AdvertisedWindow - (LastByteSent - LastByteAcked) spedisci se EffectiveWindow > 0 LastByteWritten - LastByteAcked <= MaxSendBuffer blocca applicazione mittente se (LastByteWritten - LastByteAcked) + y > MaxSendBuffer spedisci segmenti sonda (un byte di dati) se AdvertisedWIndow=0 Destinatario Dimensione buffer: MaxRcvBuffer LastByteRcvd - LastByteRead <= MaxRcvBuffer AdvertisedWindow = MaxRcvBuffer - (LastByteRcvd - LastByteRead)

NextByteExpected NextByteExpected <= LastByteRcvd +1 (= se i dati sono arrivati in ordine altrimenti punta all inizio del primo intervallo vuoto) I bytes tra LastByteRead e LastByteRcvd sono nel

9 Creazione e distruzione della connessione Requisiti Creazione affidabile della connessione i dati di una vecchia connessione non si devono confondere con le nuove connessioni Distruzione dolce della connessione i dati spediti prima di chiudere una connessione non devono essere persi Soluzione: three-way handshake Coinvolge lo scambio di tre messaggi tra client e server apertura della connessione lo scambio permette un accordo su alcuni parametri: per TCP i sequence number iniziali dei rispettivi flussi di byte Uso del flag (code bit) SYN chiusura della connessione uso del flag (code bit) FIN Three-way handshake per l apertura di una connessione Partner attivo (client) Apertura simmetrica SYN, SeqNo = x Partner passivo (server) ACK+SYN, SeqNo = y, AckNo=x+1 ACK, AckNo=y+1

connessione lo scambio permette un accordo su alcuni parametri: per TCP i sequence number iniziali dei rispettivi flussi di byte Uso del flag (code bit) SYN chiusura della connessione uso del

10 Three-way handshake modificato per la chiusura di una connessione Chiusura asimmetrica quando un partner ha finito di trasmettere, chiude la sua metà connessione Parter 1 Partner 2 FIN, SeqNo = x ACK, AckNo=x+1 FIN, SeqNo = y, AckNo=x+1 ACK, AckNo=y+1 Diagramma di transizione degli stati CLOSED Active open/syn Passive open Close Close LISTEN SYN_RCVD SYN/SYN + ACK Send/SYN SYN/SYN + ACK ACK SYN + ACK/ACK SYN_SENT Close/FIN ESTABLISHED FIN_WAIT_1 ACK Close/FIN FIN/ACK FIN/ACK CLOSE_WAIT Close/FIN FIN_WAIT_2 CLOSING LAST_ACK FIN/ACK ACK TIME_WAIT Timeout after two segment lifetimes ACK CLOSED

Active open/syn Passive open Close Close LISTEN SYN_RCVD SYN/SYN + ACK Send/SYN SYN/SYN + ACK ACK SYN + ACK/ACK SYN_SENT Close/FIN ESTABLISHED

11 Controllo di congestione Un traffico eccessivo può causare la perdita di messaggi i protocolli di trasporto rispondono con ritrasmissione Un eccessiva ritrasmissione causa una maggiore congestione fino al collasso della rete TCP interpreta la perdita di messaggi come spia della congestione e previene il collasso il mittente ritarda la trasmissione dei messaggi e la raddoppia fino a che si e raggiunta la meta dell advertising window e non ci sono altre perdite

rete TCP interpreta la perdita di messaggi come spia della congestione e previene il collasso il mittente ritarda

Documenti analoghi

J+... J+3 J+2 J+1 K+1 K+2 K+3 K+...

J+... J+3 J+2 J+1 K+1 K+2 K+3 K+... Setup delle ConnessioniTCP Una connessione TCP viene instaurata con le seguenti fasi, che formano il Three-Way Handshake (perchè formato da almeno 3 pacchetti trasmessi): 1) il server si predispone ad